CN105093535A - 一种头戴式显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种头戴式显示装置，包括：图像源；位于图像源光线传输方向的光波导；位于光波导出射光线方向的光学结构；其中，所述光学结构包括：改变光波导出射光线方向，增大出射光线出射角的第一状态和不改变光波导出射光线方向的第二状态，从而在所述头戴式显示装置应用于增强显示显示时，控制所述光学结构处于第二状态，使得所述光学结构对射向其的光线进行透射，以增加所述头戴式显示装置的透明度，满足增强现实显示时的高透明度需求，当所述头戴式显示装置应用于增强虚拟显示时，控制所述光学结构处于第一状态，使得所述光学结构对射向其的光线进行折射，增大所述头戴式显示装置的视场，满足虚拟显示时的大视场需求。

Description

一种头戴式显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种头戴式显示装置。
背景技术
随着科学技术的发展，头戴式显示装置的应用越来越广泛。当所述头戴式显示装置应用于增强现实显示时，所述头戴式显示装置需要具有较高的透明度，并且不对外界进入人眼的光线产生偏折；当所述头戴式显示装置应用于虚拟显示时，所述头戴式显示装置需要具有较大视场，从而使得用户具有强烈的沉浸感。但是，目前头戴式显示装置难以同时满足高透明度和大视场的需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种头戴式显示装置，以同时满足高透明度和大视场的需求。
为解决上述问题，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种头戴式显示装置，包括：图像源；位于所述图像源光线传输方向的光波导；位于所述光波导出射光线方向的光学结构；其中，所述光学结构包括：改变所述光波导出射光线方向，增大所述出射光线出射角的第一状态和不改变所述光波导出射光线方向的第二状态。
优选的，所述光学结构包括至少两个位于所述光波导出射光线方向的光学单元，其中，在所述光学结构的第一状态下，第一光学单元用于对所述光波导的出射光线进行会聚，形成会聚光线，第二光学单元用于对所述会聚光线进行扩散，形成平行光线。
优选的，所述光学单元至少包括一个光学透镜，所述光学透镜在通电状态下对射向所述光学透镜的光线进行折射，在非通电状态下，对射向所述光学透镜的光线进行透射。
优选的，所述光学透镜包括：相对设置的第一透明基板和第二透明基板，以及位于所述第一透明基板和第透明二基板之间的液晶层。
优选的，所述第一光学单元与所述第二光学单元之间的距离为所述第一光学单元的焦距与所述第二光学单元的焦距之和，且所述第一光学单元的焦距大于所述第二光学单元的焦距。
优选的，所述显示装置还包括：位于所述光波导背离所述图像源一侧的遮光膜，用于在所述光学结构处于第一状态时，对从所述光波导背离所述光学结构一侧入射至所述光波导的光线进行遮挡。
优选的，所述遮光膜为电控变色膜，所述电控变色膜在通电状态下为非透明态，在非通电状态下为透明态。
优选的，所述显示装置还包括：
控制器，所述控制器用于检测所述头戴式显示装置的显示模式，并基于检测到的显示模式，控制所述光学结构处于第一状态或第二状态。
优选的，所述控制器还用于在控制所述光学结构处于第一状态时，控制所述电控变色膜处于非透明状态，在控制所述光学结构处于第二状态时，控制所述电控变色膜处于透明状态。
优选的，所述显示装置还包括：位于所述图像源至所述光波导光路上的准直光学***。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
本发明实施例所提供的头戴式显示装置，包括：图像源；位于所述图像源光线传输方向的光波导；位于所述光波导出射光线方向的光学结构；其中，所述光学结构包括：改变所述光波导出射光线方向，增大所述出射光线出射角的第一状态和不改变所述光波导出射光线方向的第二状态，从而在所述头戴式显示装置应用于增强显示显示时，控制所述光学结构处于第二状态，使得所述光学结构对射向其的光线进行透射，不改变所述光波导出射光线方向，以增加所述头戴式显示装置的透明度，满足增强现实显示时的高透明度需求，当所述头戴式显示装置应用于增强虚拟显示时，控制所述光学结构处于第一状态，使得所述光学结构对射向其的光线进行折射，改变所述光波导出射光线方向，增大所述出射光线的出射角，以使得所述头戴式显示装置应用于虚拟显示时，增大所述头戴式显示装置的视场，满足虚拟显示时的大视场需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例所提供的头戴式显示装置的结构示意图；
图2为本发明一个实施例所提供的头戴式显示装置中，光学结构的结构示意图；
图3为本发明一个实施例所提供的光学结构中，光学透镜的结构示意图；
图4为本发明另一个实施例所提供的头戴式显示装置的结构示意图；
图5为本发明又一个实施例所提供的头戴式显示装置的结构示意图。
具体实施方式
正如背景技术部分所述，目前头戴式显示装置难以同时满足高透明度和大视场的需求。
有鉴于此，本发明实施例提供了一种头戴式显示装置，包括：图像源；位于所述图像源光线传输方向的光波导；位于所述光波导出射光线方向的光学结构；其中，所述光学结构包括：改变所述光波导出射光线方向，增大所述出射光线出射角的第一状态和不改变所述光波导出射光线方向的第二状态。
本发明实施例所提供的所述头戴式显示装置应用于增强显示显示时，可以通过控制所述光学结构处于第二状态，使得所述光学结构对射向其的光线进行透射，不改变所述光波导出射光线方向，以增加所述头戴式显示装置的透明度，满足增强现实显示时的高透明度需求，应用于增强虚拟显示时，可以通过控制所述光学结构处于第一状态，使得所述光学结构对射向其的光线进行折射，改变所述光波导出射光线方向，增大所述出射光线的出射角，以使得所述头戴式显示装置应用于虚拟显示时，增大所述头戴式显示装置的视场，满足虚拟显示时的大视场需求。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
如图1所示，本发明实施例提供了一种头戴式显示装置，包括：图像源10；位于所述图像源10光线传输方向的光波导20；位于所述光波导20出射光线方向的光学结构30；其中，所述光学结构30包括：改变所述光波导20出射光线，增大所述出射光线出射角的第一状态和不改变所述光波导20出射光线方向的第二状态。
具体的，在本发明实施例中，当所述头戴式显示装置应用于现实显示时，所述图像源10发射的光线射向光波导20，直接依次经过所述光波导20和所述光学结构30摄入人眼40，在本实施例中，所述光学结构30相当于平行板，所述光波导20射出的光线直接透过所述光学结构30射入人眼40，不改变传输方向；当所述头戴式显示装置应用于虚拟显示时，所述图像源10发出的光线射向所述光波导20，经所述光波导20传输射向所述光学结构30，并经所述光学结构30折射后射入人眼40，从而改变所述光波导20出射光线的传输方向，增大所述出射光线出射角，使得所述光学结构40出射面的视场对应的角度b大于所述光学结构40入射面的视场对应的角度a，进而增大所述头戴式显示装置的视场。
需要说明的是，在本发明实施例中，所述光波导20与所述光学结构30优选为均为透明材质，以保证所述头戴式显示装置应用于现实显示时的透明度，但本发明对此并不做限定，具体视所述头戴式显示装置应用于现实显示时的透明度需求而定。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，如图2所示，所述光学结构30包括至少两个位于所述光波导20出射光线方向的光学单元，其中，在所述光学结构30的第一状态下，第一光学单元31用于对所述光波导20的出射光线进行会聚，形成会聚光线，第二光学单元32用于对所述会聚光线进行扩散，形成平行光线，射向人眼40。
在上述实施例的基础上，在本发明的一个优选实施例中，所述第一光学单元31与所述第二光学单元32之间的距离为所述第一光学单元31的焦距与所述第二光学单元32的焦距之和，且所述第一光学单元31的焦距大于所述第二光学单元32的焦距，以使得所述第一光学单元31与所述第二光学单元32之间的光线会聚点A位于所述第一光学单元31与所述第二光学单元32之间连线上靠近所述第二光学单元32的位置，从而使得所述第二光学单元32出射面射出的光线与所述第二光学单元32法线之间的角度大于所述第一光学单元31入射面入射的光线与所述第一光学单元31法线之间的角度，增大所述头戴式显示装置的视场。
需要说明的是，在本发明实施例中，所述第一光学单元31与所述第二光学单元32之间的光线会聚点A位于所述第一光学单元31与所述第二光学单元32之间连线上的具***置视所述头戴式显示装置的具体视场需求而定，本发明对策并不做限定。
还需要说明的是，在本发明其他实施例中，所述光学结构30还可以包括两个以上的光学单元，本发明对此并不做限定，具体视情况而定。在本发明实施例中，当所述光学结构30包括两个以上的光学单元时，所述光学结构30包括偶数个光学单元，且相邻两个光学单元之间光线的会聚点位于相邻两个光学单元之间连线上靠近远离光波导20的光学单元的位置。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，光学单元至少包括一个光学透镜，在本实施例的一个实施例中，所述光学透镜在通电状态对射向所述光学透镜的光线进行折射，在非通电状态下对射向所述光学结构30的光线进行透射；在本实施例的另一个实施例中，所述光学透镜在通电状态下对射向所述光学透镜的光线进行透射，在通电状态下对射向所述光学透镜的光线进行折射，本发明对此并不做限定，具体视所述光学结果的性能而定。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，如图3所示，所述光学透镜包括：相对设置的第一透明基板311和第二透明基板312，以及位于所述第一透明基板311与所述第二透明基板312之间的液晶层313。在本发明实施例中，可以通过所述液晶层313中液晶分子的排布方向控制所述光学透镜的光学性能。具体的，给所述液晶层313的两端施加电压，通过改变所述液晶层313两端电压差的大小，可以改变所述液晶层中液晶分子的排布方向，从而可以改变所述光学透镜对其入射面射入光线的折射作用，本发明对所述液晶层313两端的电压差并不做限定，具体视情况而定。
需要说明的是，在上述实施例中，所述液晶层313中的液晶分子可以为正性液晶分子，也可以为负性液晶分子，本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
在上述任一实施例的基础上，为了增加所述头戴式显示装置应用于虚拟显示时显示画面的对比度，如图4所示，在本发明的一个优选实施例中，所述显示装置还包括：位于所述光波导20背离所述图像源10一侧的遮光膜50，用于在所述光学结构30处于第一状态时，对从所述光波导20背离所述光学结构30一侧入射至所述光波导20的光线进行遮挡，以减弱外界光线的所述显示装置显示画面亮度的影响，提高所述显示装置显示画面的显示效果。
在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述遮光膜50为电控变色膜，所述电控变色膜在通电状态下为非透明态，对位于所述光波导20背离所述光学结构30一侧射向所述光波导20的光线进行遮挡，在非通电状态下为透明态，对位于所述光波导20背离所述光学结构30一侧射向所述光波导20的光线进行透射。在本发明的其他实施例中，所述遮光膜50还可以其他性能的遮光膜，本发明对此并不做限定，只要保证所述遮光膜50在所述头戴式显示装置用于虚拟显示时，对位于所述光波导20背离所述光学结构30一侧射向所述光波导20的光线进行遮挡，在所述头戴式显示装置用于现实显示时，对位于所述光波导20背离所述光学结构30一侧射向所述光波导20的光线进行透射即可。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述显示装置还包括：控制器(图中未示出)，所述控制器用于检测所述头戴式显示装置的显示模式，并基于检测到的显示模式，控制所述光学结构30处于第一状态或第二状态。具体的，当所述控制器检测到所述头戴式显示装置处于现实显示模式时，控制所述光学结构30处于第二状态，当所述控制器检测到所述头戴式显示装置用于虚拟显示时，控制所述光学结构30处于第一状态。
需要说明的是，当所述显示装置包括电控变色膜时，在本发明的一个优选实施例中，所述控制器还用于在控制所述光学结构30处于第一状态时，控制所述电控变色膜处于非透明态，在所述光学结构30处于第二状态时，控制所述电控变色膜处于透明状态，在本发明的其他实施例中，所述光学结构30与所述电控变色膜也可以通过不同的控制器进行控制，本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，如图5所示，所述显示装置还包括：位于所述图像源10至所述光波导20光路上的准直光学***60，以将所述图像源10中同一图像点发射的光线转换成平行光射向所述光波导20。
综上所述，本发明实施例所提供的头戴式显示装置，在所述头戴式显示装置应用于增强显示显示时，可以通过控制所述光学结构30处于第二状态，使得所述光学结构30对射向其的光线进行透射，不改变所述光波导20出射光线方向，以增加所述头戴式显示装置的透明度，满足增强现实显示时的高透明度需求，在应用于增强虚拟显示时，可以通过控制所述光学结构30处于第一状态，使得所述光学结构30对射向其的光线进行折射，改变所述光波导20出射光线方向，增大所述出射光线的出射角，以使得所述头戴式显示装置应用于虚拟显示时，增大所述头戴式显示装置的视场，满足虚拟显示时的大视场需求。
本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种头戴式显示装置，其特征在于，包括：图像源；位于所述图像源光线传输方向的光波导；位于所述光波导出射光线方向的光学结构；其中，所述光学结构包括：改变所述光波导出射光线方向，增大所述出射光线出射角的第一状态和不改变所述光波导出射光线方向的第二状态。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光学结构包括至少两个位于所述光波导出射光线方向的光学单元，其中，在所述光学结构的第一状态下，第一光学单元用于对所述光波导的出射光线进行会聚，形成会聚光线，第二光学单元用于对所述会聚光线进行扩散，形成平行光线。
3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述光学单元至少包括一个光学透镜，所述光学透镜在通电状态下对射向所述光学透镜的光线进行折射，在非通电状态下，对射向所述光学透镜的光线进行透射。
4.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述光学透镜包括：相对设置的第一透明基板和第二透明基板，以及位于所述第一透明基板和第透明二基板之间的液晶层。
5.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述第一光学单元与所述第二光学单元之间的距离为所述第一光学单元的焦距与所述第二光学单元的焦距之和，且所述第一光学单元的焦距大于所述第二光学单元的焦距。
6.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括：位于所述光波导背离所述图像源一侧的遮光膜，用于在所述光学结构处于第一状态时，对从所述光波导背离所述光学结构一侧入射至所述光波导的光线进行遮挡。
7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述遮光膜为电控变色膜，所述电控变色膜在通电状态下为非透明态，在非通电状态下为透明态。
8.根据权利要求1-7任一项所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括：
控制器，所述控制器用于检测所述头戴式显示装置的显示模式，并基于检测到的显示模式，控制所述光学结构处于第一状态或第二状态。
9.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述控制器还用于在控制所述光学结构处于第一状态时，控制所述电控变色膜处于非透明状态，在控制所述光学结构处于第二状态时，控制所述电控变色膜处于透明状态。
10.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括：位于所述图像源至所述光波导光路上的准直光学***。
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